基于Profibus-DP的凈環水處理系統

　　1前言

　　凈環水處理自動化控制系統是某鋼廠連續熱鍍鋅及彩涂工程的供水系統。對水處理進行自動化監測和實時控制，是提高水處理效率、降低能耗的關鍵。采用以PLC為核心的工藝過程自動監控系統，對所有泵、閥實現自動監控，對曝氣設備、排水設備的運行進行編程控制。根據工藝可以實時控制冷卻塔風機、水泵、電動閥等設備。使水的流量、溫度滿足工業用水要求，以達到自動控制水處理過程的目的。

　　2系統描述

　　本系統有4個控制站：凈環泵站、鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站、彩板冷卻回水提升泵站和雨污水泵站。其系統工藝流程

　　3控制系統硬件組成

　　(1)Profibus-DP網絡

　　PROFIBUS根據應用特點可分為PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA三個兼容版本。

　　PROFIBUS-DP：經過優化的高速、廉價的通信連接，專為自動控制系統和設備級分散I/O之間通信設計，使用PROFIBUS-DP模塊可取代價格昂貴的24V或0～20mA并行信號線，用于分布式控制系統數據傳輸。凈環泵站、鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站、彩板冷卻回水提升泵站和雨污水泵站通過Profibus-DP網絡連接，凈環泵站是2#站，鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站是3#站，彩板冷卻回水提升泵站是4#站，雨污水泵站是5#站。

　　(2)PLC控制系統

　　根據裝置工作需要，選用性價比較高的西門子公司的S7-300系列可編程控制器來構建控制系統。凈環泵站PLC和雨污水泵站PLC中CPU采用CPU315-2DP，并且凈環泵站PLC帶有兩個擴展機架，彩板冷卻回水提升泵站PLC和爐子冷卻回水提升泵站PLC中CPU采用CPU313C-2DP。該四套系統之間的通訊方式采用Profibus-DP網連接。

　　　3)監控站

　　監控站選用西門子工業控制計算機和高性能工業監控軟件WinCC(視窗控制中心)，完成整個系統的工藝流程、設備運行狀態的顯示和監控、實現曲線的顯示、歷史數據的保存、權限管理、操作查詢、報警、打印等功能。其中一個上位機用以監控凈環水泵站、鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站和彩板冷卻回水提升泵站的生產工藝過程，另一個用來監控雨污水泵站的生產，同時兩臺上位機互為備用，提高系統的可靠性。

　　(4)儀表系統

　　儀表系統由變送器、配電器、隔離器、調節器和執行器等構成，主要完成流量、壓力信號的獲取和閥門的控制執行，調節器作為計算機系統的備用控制手段，當計算機出現故障時，可以變成手動方式控制。

　　4自動化軟件設計

　　凈環水處理自動化控制系統的軟件包括上位機、下位機設計兩部分。

　　4.1上位機軟件設計

　　上位機系統的設計目標是：具有與多臺下位機系統通訊的能力，實時監控多臺下位機的工作狀態，實時顯示生產過程中的工作曲線;具有遠程控制能力;向下位機采集數據，對歷史數據進行存儲、查詢、顯示、打印等。

　　在一個自動監控系統中，投入運行的監控組態軟件是系統的數據收集處理中心、遠程監視中心和數據轉發中心。處于運行狀態的監控組態軟件，與各種控制、檢測設備(如PLC、智能儀表等)共同構成快速響應/控制中心。

　　選用西門子公司WinCC組態軟件，它具有控制自動化過程的強大功能，是基于個人計算機，同時具有極高性價比的SCADA級的操作監控系統。

　　為保證工業現場的穩定，上位機采用Windows2000操作系統，編程平臺為WinCC。上位機實現的功能如下：數字顯示流量、壓力、溫度、液位，顯示各設備的啟動、停止、運行、故障等狀態;啟動時，設備按鈕為綠色，正常時為紅色，故障時畫面顏色閃爍，同時并用文本方式顯示故障類型，方便故障的排除;能記錄一個月的故障情況(故障時刻、故障類型等)，方便地進行事故分析，通過報表編輯器，實現定期或隨機的相關信息打印輸出。　

　　下位機采用SIEMENS公司開發的STEP7軟件對PLC進行編程和對PLC設備配置進行維護。編制的軟件主要包括信號獲取處理、信號控制、故障模塊的設計、與上位機通訊的DB塊的設計。

　　STEP7提供了具有生成標準導出功能塊庫或FC庫能力的編程功能,能夠在應用程序內一再調用,在本系統中,由于檢測點多，這種功能得到了廣泛應用。FC功能塊的使用節約了大量的程序空間和故障查詢時間。降低了程序編寫的復雜程度，使程序結構更條理清晰。事實證明，FC功能塊的使用提高了程序的運行速度并且更加方便了軟件的移植性和可擴展性。

　　5系統實現功能

　　4個泵站分別采用現場、集中兩種操作方式。在集中操作中，又分為手動和自動兩種操作方式。

　　鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站和彩板冷卻回水提升泵站凈環泵站有3臺水泵和2臺冷卻塔。其中3臺泵2用1備，系統需要供水量少時，開1臺泵向管網充壓，供水量大時，開2臺泵同時向管網充壓。

　　彩板冷卻回水提升泵站和鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站各有2臺水泵。這兩個泵站采用相同的控制方式。其中1#泵和2#泵互為備用。工作泵與備用泵自動投入。彩板冷卻集水池和爐子冷卻集水池內分別設有液位監測裝置，用來監測吸水池內水位高度。1#和2#泵控制方式：當水位h>2.20m時，電機啟動，把水抽走;當水位h<2.20m時,電機堵轉時，熱繼電器動作，跳閘以保護電機。

　　雨污水泵站是用來排放雨水、工業污水。它的水泵分為A組、B組、C組。其中A泵組有2臺水泵，僅在雨季運行。B泵組有2臺水泵，平時一臺為工作泵，另一臺為備用泵，當水位升至-2.15m時，自動打開另一臺泵，兩臺泵同時工作。C泵組有1臺水泵，平時不工作，當B泵組兩臺水泵同時工作，10分鐘內水位降小于0.5m時，手動投入C泵組水泵，三臺小泵同時運行。當液位降至-5.20m時，B泵組、C泵組三臺電機，自動停止運行。

　　6結束語

　　工程實踐證明,本控制系統采用PROFIBUS-DP網絡技術實現分布式控制,網絡速度快、可靠性高、開放性好、抗干擾能力強，給安裝、調試和設備維護帶來方便，提高了生產效率和管理水平。這種網絡體系具有較高的性能價格比，并能根據用戶要求擴展至較大的系統。